(57)【要約】【目的】本発明は、荷電粒子線を試料に照射して当該試料から放出される２次電子線を検出して画像を生成する荷電粒子線装置および荷電粒子線像生成方法に関し、荷電粒子線が試料に照射されたときに、試料の表面あるいは近傍に真空紫外線を照射し、試料上の荷電粒子線の照射によって生じた電荷を中和することを目的とする。【構成】  加速されて細く絞られた荷電粒子線を試料に照射するレンズ系と、細く絞った荷電粒子線で試料上を平面走査し放出された２次電子を検出して画像を生成する画像生成手段と、大気により吸収される真空紫外線域に属する波長の紫外線を、試料室の真空内に導入あるいは発生させる手段と、荷電粒子線が試料に照射されたときに、紫外線を試料の表面あるいは近傍に照射し、試料上の前記荷電粒子線の照射によって生じた電荷を中和する紫外線照射手段とを備える。【選択図】        図１
2006344444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線を試料に照射して当該試料から放出される２次電子線を検出して画像を生成
する荷電粒子線装置において、
加速されて細く絞られた荷電粒子線を試料に照射するレンズ系と、
前記細く絞った荷電粒子線で前記試料上を平面走査し放出された２次電子を検出して画像を生成する画像生成手段と、
大気により吸収される真空紫外線域に属する波長の紫外線を、前記試料室の真空内に導入あるいは発生させる手段と、
前記荷電粒子線が試料に照射されたときに、前記紫外線を前記試料の表面あるいは近傍に照射し、当該試料上の前記荷電粒子線の照射によって生じた電荷を中和する紫外線照射手段と
を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
荷電粒子線装置の真空外と真空内の境界に、大気により吸収される真空紫外線域に属する波長の紫外線が透過可能な窓を設け、当該窓を介して真空内に、紫外線を導入することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
【請求項３】
前記窓の材質は、熔融石英、合成石英、弗化カルシウムあるいは弗化マグネシウムであ
ることを特徴とする請求項２記載の荷電粒子線装置。
【請求項４】
前記窓は、紫外線の集束レンズを兼ねていることを特徴とする請求項２あるいは請求項
３記載の荷電粒子線装置。
【請求項５】
前記窓と真空紫外線を発生する紫外線ランプとの間に大気と異なる媒体を入れて紫外線の減衰を低減したことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載の荷電粒子線装置。
【請求項６】
前記媒体は、Ａｒガスあるいは、Ｎ２ガスであることを特徴とする請求項５記載の荷電粒子線装置。
【請求項７】
前記窓と紫外線ランプとの間を減圧したことを特徴とする請求項２から請求項４のいず
れかに記載の荷電粒子線装置。
【請求項８】
紫外線ランプを鏡筒に取り付けて直接に真空に面するように配置、あるいは真空内に配置し、当該紫外線ランプから放出された真空紫外線を直接に真空内に導入することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
【請求項９】
前記荷電粒子線装置の真空内で、紫外線を反射させ、前記試料に照射するようにした
反射鏡を備えたことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の荷電粒子線装
置。
【請求項１０】
前記反射鏡が凹面鏡であることを特徴とする請求項９に記載の荷電粒子線装置。
【請求項１１】
前記２次電子の検出器が、ＭＣＰであることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の荷電粒子線装置。
【請求項１２】
前記試料を格納する試料室にガスを導入し、前記紫外線の照射によって当該ガスを電離
して試料上に前記荷電粒子線を照射して発生した電荷を中和することを特徴とする請求項
１から請求項１１のいずれかに記載の荷電粒子線装置。
【請求項１３】
前記ガスの導入を、対物レンズの磁極間隙より行うようにしたことを特徴とする請求項
１から請求項１２のいずれかに記載の荷電粒子線装置。
【請求項１４】
前記試料室の圧力を１０−２Ｔｏｒｒより小さい圧力に真空排気することを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれかに記載の荷電粒子線装置。
【請求項１５】
前記荷電粒子線と前記紫外線について一方の照射時は他方の照射を抑止、あるいは両者
の照射が重なったときは当該重なった画像の生成を抑止したことを特徴とする請求項１か
ら請求項１４のいずれかに記載の荷電粒子線装置。
【請求項１６】
前記抑止は、画像のフレーム毎あるいはライン毎に行うことを特徴とする請求項１５記
載の荷電粒子線装置。
【請求項１７】
荷電粒子線を試料に照射して当該試料から放出される２次電子線を検出して画像を生成
する荷電粒子線像生成方法において、
加速されて細く絞られた荷電粒子線を試料に照射するレンズ系と、
前記細く絞った荷電粒子線で前記試料上を平面走査して放出された２次電子を検出して
画像を生成する画像生成手段と、
当該荷電粒子線装置の真空域内に、大気により吸収される真空紫外線域に属する波長の紫外線を導入する手段とを備え、
前記荷電粒子線が試料に照射されたときに、当該試料の表面あるいは近傍に当該紫外線を照射し、当該試料上の前記荷電粒子線の照射によって生じた電荷を中和することを特徴とする荷電粒子線像生成方法。
【請求項１８】
荷電粒子線を試料に照射して当該試料から放出される２次電子線を検出して画像を生成
する荷電粒子線像生成方法において、
加速されて細く紋られた荷電粒子線を試料に照射するレンズ系と、
前記細く絞った荷電粒子線で前記試料上を平面走査して放出された２次電子を検出して
画像を生成する画像生成手段と、
大気により吸収される真空紫外線の波長域に属する波長の紫外線が透過可能な窓を設け、当該窓を介して荷電粒子線装置の真空内に、紫外線を導入する手段とを備え、
前記荷電粒子線が試料に照射されたときに、当該試料の表面あるいは近傍に当該紫外線を照射し、当該試料上の前記荷電粒子線の照射によって生じた電荷を中和することを特徴とする荷電粒子線像生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線照射により帯電して像観察の支障となり易い半導体ウェハやフォトマスク等の表面の観察、検査、加工を行う荷電粒子線装置および荷電粒子線像生成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウェハやフォトマスク表面の観察やパターン測長に、電界放出型走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）が用いられている。また、フォトマスクパターンの修正に集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）が用いられている。しかし、これら材質の表面は、全体あるいは一部が非伝導性試料で構成されているため、荷電粒子の照射により表面が帯電し、観察や測長あるいは加工に支障となることがある。
【０００３】
このため、ＦＥ−ＳＥＭにおいては、試料入射電圧を２ＫＶ以下に低くすることにより、材質に対する入射電子と反射電子の量をバランスさせて、帯電を防止することが一般的に行われている。しかし、ウェハ表面の材質によっては、試料入射電圧を数百Ｖ以下にする必要があり、像分解能や測長精度が低下する問題がある。
【０００４】
また、フォトマスクは、非伝導性の石英等の表面にＣｒでパターンを形成したものであり、同様に像観察や測長精度に支障がある場合がある。
【０００５】
また、ＦＩＢにおいては、フォトマスク表面のイオンビーム照射領域に、中和用電子銃からの電子を照射し、正イオンによる帯電を中和することが行われているが、中和電子銃の制御が難しくパターン修正が高精度に行われない場合がある。
【０００６】
ＳＥＭにおいては、『生物学的標本等を実質的に自然の状態、即ち大気圧下で、観察できる電子顕微鏡』が、特許文献１に開示されている（特許文献１のＦＩＧＵＲＥｌ参照）。この装置は、『標本台、電極及び制圧開口の外側の雰囲気を少なくとも０．０５Ｔｏｒｒに維持する手段と、電極と標本台との電位差をおよそ５０Ｖよりも高くおよそ２０００Ｖよりも低く維持する電圧源と、電極に接続された電流検出手段とを備えてなる二次電子検出装置』である。この装置においては、『標本が電子ビームに照射されて表面から放出された２次電子は電極と標本台との間の電位差により加速され、標本及び電極の雰囲気ガス分子と衝突して負電荷キャリアを発生する。負電荷キャリアは更に他のガス分子と衝突して更に負電荷キャリアを発生する。結局、元の２次電子数に比例しそれよりも多い多数の負電荷キャリアを生じると考えられる。この負電荷キャリア及びガス分子に吸着されなかった２次電子が正にバイアスされている電極に吸引され、電流を生じる。この電流を電流検出手段で検出し、公知の方法で電子顕微鏡像を形成する』。この方法を用いて開発された装置は、Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  ＳＥＭ（以下ＥＳＥＭ）として知られており、通常のＳＥＭでは難しい非伝導性試料の観察が可能とされている。
【０００７】
さらに、より高分解能での観察を可能とするため、ＦＥ−ＳＥＭに、このＥＳＥＭを組み合わせる方法が、Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  ＳＥＭとして、特許文献２に開示されている（特許文献２のＦｉｇ３参照）。すなわち、特許文献２によれば、この装置は、『電界放出銃と試料との間に約１０１０トールまでの圧力差を与えるため少なくとも４個の差動的に吸引された真空ゾーンを含み、かつ、・・・少なくとも４個の圧力制限アバーチヤを含む差動ポンプ形アバーチヤシステムからなる電子光学カラムと、気体に被われた試料を、・・・圧力制限アバーチヤの中の最終圧力制限アパチャと位置合わせされた状態に維持する試料室と、試料の表面から放出する信号を検出する手段とにより構成される環境走査型電子顕微鏡』である。そして、『４個の差動ポンプ形真空ゾーンは、約１０−１０トールの圧力に維持された電界放出電子銃と、約１０−７トールの圧力に維持された第１の中間真空ゾーンと、約１０−４トールの圧力に維持された第２の中間真空ゾーンと、約０．１トールの圧力に維持された第３の中間真空ゾーンとを含む。・・・試料室は、好ましくは、約１０トールの圧力に維持される』。そして、この方法を用いて開発された装置を用い、表面の帯電を軽減して、フォトマスク表面の高分解能観察及び測長を行う試みも報告されている（非特許文献１、ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧＳＯＦＳＰＩＥ；２４−２７  Ｆｅｂｒｕａｒｙ  ２００３；Ｖｏｌｕｍｅ  ５０３８  ｐ３１５）。この方法の問題点は、１）上述のように、試料付近の典型的な真空圧力は１０Ｔｏｒｒ程度であり、高真空を必要とするＦＥ電子銃付近の真空圧力は１０−１０Ｔｏｒｒ程度が必要とされるため、圧力制限アバーチヤの孔径を小さくした多段の差動排気システムが必要となり装置及びその制御が複雑となること、また、２）試料へ入射する電子ビームが、試料前方の比較的高いガス圧の分子と多数回衝突し、散乱されることにより、その分布が広がり、像分解能、像コントラストが低下し易いこと、さらに、３）ＳＥＭにて通常使用されるシンチレータとフォトマルから構成される高効率の２次電子検出系が使用できないことである。
【０００８】
一方、従来から、半導体ウェハや液晶ディスプレイの製造工程において、処理基板への塵挨の付着を防止する等の目的で、大気圧より低い減圧下において、紫外線照射により帯電した処理基板を除電する方法が開示されている（特許文献３）。特許文献３によれば、この装置は、『所定の電荷を帯びた帯電物体を収納可能な筐体と、少なくとも前記帯電物体に対して非反応性のガスを前記筐体内に導入するためのガス導入手段と、前記所定の電荷を選択的に中和可能なイオン及び電子を前記筐体内に発生させるための中和電荷発生手段と、前記筐体内を少なくとも大気圧より低い圧力にするための減圧手段とを備えたことを特徴とする帯電物体の中和装置』である。そして、『前記中和電荷発生手段は、少なくとも前記筐体内の非反応性ガスを励起可能な紫外線を前記筐体内に投光するための光源から成る』。
【０００９】
しかし、荷電粒子線装置において、真空排気系や２次荷電粒子検出系を複雑化することなく、荷電粒子線の試料照射と同時に紫外線を照射することにより、試料表面の帯電を効果的に防止して高分解能像観察あるいは高精度測長をする方法、条件については明確ではなかった。
【００１０】
また、ＴＥＭ，ＲＥＭ，ＳＥＭ等の電子線装置において、試料を電子線で照射したときに生じる汚染を低減する目的で、電子線と同時に光線、特に、１９０ｎｍから４００ｎｍの波長域の紫外線を、試料に照射する例が開示されている（特許文献４）。しかし、従来、荷電粒子線装置において、紫外線を用いて、荷電粒子による試料帯電を防止するようにした事例は見当たらなかった。
【特許文献１】特公平５−３２８６０号公報
【特許文献２】特表２００２−５１６０１８号公報
【特許文献３】特開平０７−１４７６１号公報
【特許文献４】ＵＳ２００４／０１９５５２５Ａｌ
【非特許文献１】ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧＳ  ＯＦ  ＳＰＩＥ；２４−２７  Ｆｅｂｒｕａｒｙ  ２００３；Ｖｏｌｕｍｅ  ５０３８  ｐ３１５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、試料室の真空圧力をあまり大きくせず、荷電粒子線装置のシステムを複雑化することなく、非伝導性試料の荷電粒子線照射による帯電を効果的に抑えつつ、高分解能像をえることにある。特に、ＦＥ−ＳＥＭにおいては、試料付近の真空圧力を大きくしないようにすることにより、ＦＥ電子銃における真空劣化を防止した状態で、試料
帯電を効果的に防止して、高分解能像を得ること、および測長精度を向上させることにあ
る。
【００１２】
ここで、紫外線の帯電中和作用として、以下が考えられる。まず、紫外線が試料に照射し、光電効果により、電子が発生する。試料が負に帯電している場合、電子が放出されることで、その帯電が緩和する。次に、試料付近のレンズポールピース等の部材に照射しても、同様に電子が発生するが、試料が正に帯電している場合、その帯電が中和する。さらに試料および試料付近の部材に吸着しているガス分子、あるいは、試料付近に導入されたガス分子に、紫外線が吸収され、ガス分子が正イオンと負イオンに電離する。試料の帯電が負の場合、正イオンにより、また試料の帯電が正の場合、負イオンにより帯電が中和さ
れる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、これらの問題を解決するため、荷電粒子線を試料に照射して当該試料から放出される２次電子線を検出して画像を生成する荷電粒子線装置において、加速されて細く絞られた荷電粒子線を試料に照射するレンズ系と、細く絞った荷電粒子線で試料上を平面走査して放出された２次電子を検出して画像を生成する画像生成手段と、当該荷電粒子線装置の真空域を隔て、真空紫外線域に属する波長の紫外線が透過可能な窓を設け、当該窓を介して当該荷電粒子線装置の真空域内に紫外線を導入する手段とを設け、荷電粒子線が試料に照射されたときに、試料の表面あるいは近傍に紫外線を照射し、試料上の荷電粒子線の照射によって生じた電荷を中和するようにしている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、試料室の真空圧力をあまり大きくせず、荷電粒子線装置のシステムを複雑化することなく、非伝導性試料の荷電粒子線照射による帯電を効果的に抑えつつ、高分解能像をえることが可能となる。特に、ＦＥ−ＳＥＭにおいては、試料付近の真空圧力を大きくしないようにすることにより、ＦＥ電子銃における真空劣化を防止した状態で、試料帯電を効果的に防止して、高分解能像を得ること、および測長精度を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、加速されて細く絞られた荷電粒子線を試料に照射するレンズ系と、細く絞った荷電粒子線で試料上を平面走査して放出された２次電子を検出して画像を生成する画像生成手段とを設け、荷電粒子線が試料に照射されたときに、試料の表面あるいは近傍に紫外線を照射し、試料上の荷電粒子線の照射によって生じた電荷を中和し、試料の安定かつ高分解能の２次電子像を生成することを実現した。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の１実施例構造図（その１）を示す。以下の実施例では、荷電粒子線（電荷を持った粒子線である、電子線、イオン線など）のうちの電子線を例に以下順次詳細に説明する。
【００１７】
図１において、電子線１は、図示外の電子銃から放出されて図示外の集束レンズで集束された電子線であって、ここでは、対物レンズ２によって試料３上に細く絞られ、図示外の偏向系で当該試料３上をＸ方向およびＹ方向に走査（面走査）するものである。電子線１の通過経路は、通常、１０−６Ｔｏｒｒ程度の圧力になるように真空引きされている。そして、電子線１で試料３上を面走査したときに放出された２次電子を検出して，いわゆる２次電子画像を図示外の表示装置上に表示する。
【００１８】
対物レンズ２は、電子線１を試料３上に細く絞った状態で照射するものである。この細く絞られた電子線１は、図示外の偏向系で面走査される。
【００１９】
試料３は、観察対象の試料であって、例えばフォトマスクなどである。
２次電子線４は、試料３上を細く絞った電子線１で面走査したときに当該試料３から放出される２次電子であって、ここでは、２次電子検出器（ＭＣＰ：マイクロチャンネルプレート）５によって当該２次電子線４を検出するものである。２次電子線４を検出して増幅した後、図示外の表示装置上に試料３の表面の２次電子像として表示（輝度変調して２次電子像として表示）する。
【００２０】
ＭＣＰ５は、その検出面（図示では下方部分）が軸対称で、電子線１が通過可能な孔が形成されており、１００Ｖ前後の正電圧を印加したものである。ＭＣＰ５で構成される２次電子検出器は、試料３から放出された２次電子を引き寄せて検出し、更に増幅するものである。
【００２１】
ランプ（紫外線光源）６は、真空紫外線を発生させる重水素（Ｄ２）ランプなどである。図５に、Ｄ２ランプ６から発生する真空紫外線の波長に対する相対強度を示す。ランプの窓材が合成石英の場合、ランプ６から波長１６０ｎｍ〜４００ｎｍの真空紫外線が放出され、ＭｇＦ２窓の場合は、波長１１５〜４００ｎｍの真空紫外線が放出される。当該ランプ６の前面には、光量を調整する絞り１８，１９、更に、必要なときのみ真空紫外線を放射するための図示外のシャッタ機構（例えば液晶あるいはメカシャッタ機構（回転式など）に制御信号（画像のフレーム毎、ライン毎）を供給して真空紫外線を通過、遮断するシャッタ機構）を設ける。
【００２２】
真空紫外線７は、紫外線（可視光線より波長の短い、波長４００ｎｍ以下の光）の内、短波長域２００ｎｍ〜１０ｎｍ、即ち光電子のエネルギーが大きい紫外線であり、試料や部材から光電子を発生させたり、ガスをイオン化させる効果が大きいため、除電効果が高いが、大気により吸収され易い。図６は、波長に対する真空紫外線の透過率を示す。１８０ｎｍより短い波長の真空紫外線は、酸素により吸収されほとんど大気中を透過しない。窒素ガスでも１５０ｎｍ以下の波長では吸収が起こる。従って、Ｄ２ランプ６等からの真空紫外線を装置内に導入するには、ランプ窓と鏡筒窓との間を真空にするか、窒素さらにはＡｒガスを封入などして吸収を低減する必要がある。
【００２３】
レンズ８とランプ６の窓との間の部屋９は、排気口１０より真空引きされるか、あるいは、Ａｒガスが封入されている。これにより、ランプ６からの真空紫外線は減衰することなく鏡筒真空内に導入される。ランプ（紫外線光源）６からの真空紫外線をライトガイドにより鏡筒の真空内に導入することも考えられ、通常の材質では吸収が大きく困難であり、吸収の小さい材料（例えばＭｇＦ２など）であれば有効な手段である。
【００２４】
レンズ８は、ランプ（紫外線光源）６から放射された真空紫外線を、反射鏡１１、対物レンズ２の軸上を経由したパスで試料３上に可及的に高密度で照射するためのレンズである。レンズ８は、ランプ６から放射された真空紫外線７を、真空中に導入するための窓も兼ねている。真空紫外線７が通過するレンズ８には、真空紫外線７を効率良く通過するＭｇＦ２などを使用する。
【００２５】
反射鏡１１は、真空紫外線を反射するものであって、中心に電子線１を通過する孔を開けたものである。反射鏡の材料としては、真空紫外線を良く反射するものであればよい。
【００２６】
ガス導入菅１２は、ガス１３を試料３の近傍に吹き付けるものであって、例えば試料３を格納した試料室の圧力が例えば１０−２Ｔｏｒｒ程度になるように吹き付けるものである。ガス１３を直接に試料３の電子線１の面照射域に吹き付けると共に、真空紫外線７を照射して電離し、電子線１によって試料３上のチャージ（通常は、負の電荷）を当該電離した正の電荷でキャンセルし、結果として試料３の表面がチャージすることを防止し、きれいで歪のない、正確に測長可能な２次電子像を表示することが可能となる。
【００２７】
また、真空紫外線７は、ランプ（紫外線光源）６から放射されてレンズ８、反射鏡１１を経由して試料３上に照射される真空紫外線であって、試料３の真上から可及的に高密度で試料３に照射するものであり、試料３の電子線１で面走査する範囲およびその近傍を照射して当該電子線１による試料３上の電荷（負、あるいは正の電荷）を中和するものである。尚、試料３の観察領域（電子線１の面走査領域）は、
（ａ）試料３に真空紫外線７を照射することにより、試料３から光電子が放出され、試料３に負の電荷が帯電（電子線１の照射による帯電）している場合に当該電荷を中和させるように作用する。
【００２８】
（ｂ）対物レンズ２の磁極や試料３の近傍の部材に真空紫外線を照射することにより、部材から光電子が放出され、当該光電子により試料３の正の電荷が中和される。
【００２９】
（ｃ）試料３あるいは近傍の部材がガス雰囲気中にある場合あるいはガスが吸着している場合にはこれらガスに真空紫外線を照射することにより、ガスがイオン化（正と負のイオンに電離され）、試料が負に帯電していれば当該負の電荷が正のイオンで中和され、試料が正に帯電していれば当該正の電荷が負のイオンで中和される。
【００３０】
次に、図１の構造の動作を説明する。
ＳＥＭにおいて、電子銃から放出されて図示外の集束レンズで集束された電子線１は、対物レンズ２により結像され、図示外の走査偏向器により、試料３上に時系列的に平面走査される。試料３は、通常１０−６Ｔｏｒｒ前後の圧力の試料室に設置されている。試料３から放出された２次電子線４は、ＭＣＰ（２次電子検出器）５により検出され、検出信号量に応じたコントラストで、走査偏向器と同期して表示装置の画面上に画像（２次電子像という）を形成する。試料３が非伝導性である場合、試料３は電子線１の照射により通常、負に帯電し、当該帯電した電荷の影響で画像歪みや、明るさむら等の像障害を生ずる。
【００３１】
そこで、本発明では、ランプ（紫外線光源）６から放射された真空紫外線７を、試料３上で電子線１の走査範囲より大きなスポットで照射する。すなわち、ＳＥＭ鏡筒外部に設置されたランプ６から鏡筒に垂直方向に出た真空紫外線７は、レンズ８により集束され、反射鏡１１により進行方向を電子線１の方向に変更され、試料３を照射する。これにより、試料３から光電子が放出され、試料３の電荷（例えば負の電荷）が当該光電子が放出されたことによる正の電荷により中和される。反射鏡１１には、電子線１通過用の孔が設けられている。電子線１は、対物レンズ２および図示外の走査偏向器により、試料３上を集束、走査される。試料３から出た２次電子線４は、２次電子検出器５により検出される。レンズ８の材質は、真空紫外線の吸収が少ないＭｇＦ２等を用いる。
【００３２】
尚、光電子もＭＣＰ（２次電子検出器）５により検出されバックグラウンドになるが、小さければ問題とならない。もし問題となる場合には、ランプ６から真空紫外線７を試料３上に照射するとき（例えば２次電子像のあるフレームあるいはフレーム内の１走査ラインから次のフレームあるいはラインに行くときのいわゆる帰線時間のとき）は２次電子像の形成が抑止されることで、当該紫外線７を試料３に照射したときに試料３から放出される光電子の混入した２次電子像の形成を抑止し、電子線１の照射のみによる２次電子像を形成するようにすればよい。
【００３３】
また、ＭＣＰは、波長１１５ｎｍ以上の光に対して検出感度は１％程度以下であるので、重水素ランプなどの紫外線ランプからの光をあまり検出しない。従って、ＳＥＭ像において、大きなバックグラウンドを生じない。しかし、通常、ＳＥＭにおいて２次電子検出器に用いられている光電子増倍管は、波長３００ｎｍ以上の光に対し大きな検出感度を持つ。従って、この場合、大きなバックグラウンドを生じさせないためには、紫外線ランプからの光を遮蔽し、光電子増倍管に入射しないようにする工夫が必要である。
【００３４】
図２は、本発明の１実施例構造図（その２）を示す。
図２の（ａ）は、窓１５、部屋９およびランプ６からなる構造を採用した構造例を示す。
【００３５】
図２の（ａ）において、電子線１、対物レンズ２、試料３、２次電子線４、ＭＣＰ（２次電子検出器）５は、図１の同じ番号と同一であるので、説明を省略する。図１との違いは、反射鏡１１が凹面鏡１６に、凸のレンズ８が窓（真空紫外線通過窓）１５になっていることである。真空紫外線７の試料３への集束は、図１の凸のレンズ８ではなく、図２の凹面鏡１６が行う。窓（通過窓）１５の材質は、真空紫外線の吸収の少ないＭｇＦ２製等とする。
【００３６】
図２の（ｂ）は、窓１５、ランプ６からなる構造を採用した構造例を示す。これは、図２の（ａ）の構造のもとで、窓１５、部屋９、およびランプ６からなる構造を、窓１５、およびランプ６とし、部屋９を削除した例である。ここで、窓１５とランプ６との間の空気を追い出して真空紫外線の吸収や反射を少なくするためにグリース（真空紫外線の吸収の少ないグリース１７１）を塗布し、当該反射などを少なくしたものである。
【００３７】
図２の（ｃ）は、ランプ６を直接に取り付けた構造例を示す。これは、図２の（ａ）の構造のもとで、窓１５、部屋９、およびランプ６からなる構造を、ランプ６のみとして鏡筒に直接に取り付けた例である。これにより、ランプ６から真空紫外線が放出されて、装置の真空内に導入するときの吸収、反射を無くし、効率良く真空内に導入することが可能となる。図２の（ａ），（ｂ）は、ランプ６の交換の際、電子線１の通過経路を真空リークする必要がないので、メンテナンスの点で都合が良い。
【００３８】
図３は、本発明の１実施例構造図（その３）を示す。
図３の（ａ）は、窓１４、部屋９、およびランプ６の構造を採用した例を示す。ここで、電子線１、対物レンズ２、試料３は、図１の同じ番号と同一であるので、説明を省略する。図３の（ａ）では、ランプ（紫外線ランプ）６を対物レンズ２の部分に斜めに組み込むことにより、ランプ６の真空紫外線出射用の窓１４が、試料３を見込むようにしている。メリットは、反射鏡（既述した図１の反射鏡１１，図２の（ａ）の凹面鏡１６）がないので、電子線１の通路を妨げないようにする機構が不要で、空間的な制約が減る。
【００３９】
図３の（ｂ）は、窓１７およびランプ６の構造を採用した例を示す。図３の（ｂ）は、図３の（ａ）の窓１４、部屋９およびランプ６からなる構造を、窓１７およびランプ６とし、ランプ６を窓１７に直接に取り付けたものである。この際、窓１７とランプ６との間の空気で真空紫外線が吸収されたり、反射（乱反射）されたりするのを低減するためにグリース（真空紫外線の吸収の少ないグリース）を両者の間に塗布し、真空紫外線の吸収を低減し、より効率的にランプ６から放射された真空紫外線が真空内に導入されるようにする。尚、図３の（ｂ）の窓１７を無くし、ランプ６を直接に対物レンズ２の鏡筒部分に取り付け（既述した図２の（ｃ）のように取り付け）、当該ランプ６から放出された真空紫外線の吸収を無くし、真空内に導入するようにしてもよい。
【００４０】
図４は、本発明の１実施例構造図（その４）を示す。
図４において、ＦＥ電子銃５２は、フィールドエミッション型の電子銃であって、先端の尖った陰極に高電界を印加して電子を引き出して加速して放出するものである。
【００４１】
電子銃室５３は、ＦＥ電子銃５２を格納する室であって、イオンポンプ５５によって高真空に排気されるものである。
【００４２】
オリフィス５４は、小さな孔であって、ＦＥ電子銃５２から放出された電子線１を通過させると共に、電子銃室５３と、第１中間室５６との間の圧力差（例えば１０−２から１０−３Ｔｏｒｒ）を保持するためのものである。
【００４３】
第１中間室５６は、電子銃室５３と第２中間室５９との間に設けた室であって、イオンポンプ５８で真空排気するものであり、下方に設けた小さな孔であるオリフィス５７との作用により、電子銃室５３の真空圧力を小さく保持するためのものである。
【００４４】
第２中間室５９は、対物レンズ２の上に設けた室であって、ここでは、ランプ（紫外光源）４６からの真空紫外線４７を、試料３に向けて反射する反射鏡５１を設けた室である。
【００４５】
排気管６０は、第２中間室５９を真空排気する図示外の排気系（ターボモレキュラーポンプなど）に接続するものである。
【００４６】
２次電子検出器４５は、例えばＭＣＰにより構成され、試料３に電子線１を照射したときに放出された２次電子４４に対して、正の高電界を印加して対物レンズ２の中心軸の近傍を螺旋（対物レンズ２の磁界により螺旋）させながら上方向に移動させて高効率に当該２次電子４４を検出するものである。
【００４７】
ランプ（紫外線光源）４６は、紫外線を放出するものであって、図１と同様な構造を持つものである。ここで、紫外線発生ランプ４６の前方に、図示外の既述した絞り１８，１９、更に、シャッタ機構などを設ける。レンズ４８とランプ４６の窓との間の部屋４９は、排気口５０より真空引きされるか、あるいは、Ａｒガスが封入される。
【００４８】
ランプ（紫外線光源）４６から放射された紫外線４７は、反射鏡５１で反射された後、試料３の電子線１の走査領域およびガス導入管６８から導入されたガスを照射し、試料３上の電荷を中和するものである。
【００４９】
ガス導入管６８は、試料室６９内に設置された試料３の表面付近にガス（例えば０２，Ｎ２などのガス）を導入するものである。ガスの導入を、対物レンズ２の磁極間隙より行うようにしたので、対物レンズ２の磁極と試料３との間の距離（ＷＤ：ワーキングディスタンス）を小さくすることができ、対物レンズ２の焦点距離を小さくし、結果として像分解能を向上できる。
【００５０】
試料室６９は、試料３などを収納して真空に保持する室である。
周囲空間７０は、試料３上の電子線１を平面走査する領域の周囲の空間であって、紫外線４７を照射して当該試料３上の電荷（正、負）を中和に作用する空間である。
【００５１】
ガス導出管７１は、試料室６９にガス導入管６８から導入したガスが所定真空になるように排気するための管である。
【００５２】
オリフィス６１は、試料室６９にガスを導入して圧力を上昇させたときに、ＭＣＰ（２次電子検出器）４５や、第２中間室５９へのガスの流入を可及的に小さくするためのものである（通常、試料室６９と、第２中間室５９との間の圧力差（例えば１０−２から１０−３Ｔｏｒｒ）を保持するためのものである）。
【００５３】
次に、図４の構造を説明する。
図４において、試料３の周囲空間７０にガスを導入し、ランプ（紫外線光源）４６からの真空紫外線４７をこのガスに照射してイオン化することにより、電荷の中和効果をより向上させる例である。試料室６９内に設置された試料３の表面付近には、ガス導入管６８あるいは図示外のガス供給源により、Ｎ２や０２等のガスが導入され、ガス導出管７１により所定圧力となるように排気される。
【００５４】
鏡筒６２は、通常のＦＥ−ＳＥＭと同様、差動排気制御される。すなわち、オリフィス５４の上方のＦＥ電子銃５２を収納した電子銃室５３は、イオンポンプ５５により排気され、その真空圧力は１０−９Ｔｏｒｒに維持される。オリフィス５４とオリフィス５７の間の第１中間室５６は、イオンポンプ５８により排気され、その真空圧力は、１０−７Ｔｏｒｒに維持される。オリフィス５７とオリフィス６１の間の第２中間室５９は、排気管６０から、図示していないターボモレキュラーポンプにより排気され、その真空圧力は、１０−５Ｔｏｒｒに維持される。オリフィス６１の下方の試料室６９内はガス導出菅７１によって図示外のポンプで排気され、１０−２Ｔｏｒｒに維持される。対物レンズ２は、シュノーケル型でレンズ磁界型であるため、２次電子４４は、当該対物レンズ２の磁界により電子銃方向（上方向）で軸上に巻き上げられ、小さな穴であるオリフィス６１を通過して、上方に設けられたＭＣＰ（２次電子検出器）４５に印加した正電圧に吸引されて検出される。ＭＣＰ（２次電子検出器）４５は、１０−５Ｔｏｒｒの真空内に設置されるため、放電や検出面の損傷や汚れを生じることなく安定に動作させることができる。オリフィス５４，５７，６１による差動排気では、実行可能なオリフィス両側での圧力差は通常１０２〜１０３Ｔｏｒｒである。従って、ＭＣＰ（２次電子検出器）４５の周囲の真空圧力を１０−５Ｔｏｒｒに維持するには試料室６９の真空圧力を１０−２Ｔｏｒｒより小さい圧力に維持するように調整する。
【００５５】
ここで、ランプ（紫外線光源）４６から放射された真空紫外線４７が試料３の電子線１の照射領域およびその上方の領域を含む周囲空間７０に照射されると、
・試料３の表面からは光電子が放出されて当該試料３上の電荷（電子線１の照射による負電荷）を中和する。
【００５６】
・周囲空間７０に真空紫外線４７が照射されて当該周囲空間７０内のガス、更に、試料３の表面のガス（吸着などしたガス）および周囲空間の対物レンズ２の下部の部材に吸着したガスなどがイオン化され（正、負のイオン）、試料３上の観察領域の電荷を中和する（試料３上の観察領域が負の電荷となった場合には正のイオンで中和、一方、正の電荷となった場合には負のイオンで中和）される。
【００５７】
以上のように、試料３の周囲空間７０にガスを導入し、上述したように約１０−２Ｔｏｒｒ程度に保持し、真空紫外線４７を当該周囲空間７０（および試料３の観察領域）に照射すると、試料３の観察領域の電荷を中和することが可能となり、高分解能かつ安定かつ電荷による歪のない２次電子像を生成することが可能となる。
【００５８】
図５は、本発明の真空紫外線領域スペクトラム例を示す。これは、既述したＤ２ランプから放出される真空紫外線領域のスペクトラムの例を示す。実線はランプの前面の真空紫外線を放出する面の材質をＭｇＦ２としたときのスペクトラムの例を表し、点線は合成石英としたときのスペクトラムの例を表す。ＭｇＦ２の場合には、１５５ｎｍよりも短い波長の真空紫外線が放出されていることが判明する。合成石英の場合には、１５５ｎｍ程度よりも短い波長の真空紫外線はほぼ吸収されて放出されていないことが判明する。このため、ＭｇＦ２を使用したＤ２ランプが良い。また、真空紫外線を集束したり、真空外から真空内に導入する窓には、ＭｇＦ２を用いて作成し、真空紫外線の吸収を可及的に低減する。
【００５９】
図６は、本発明の透過例を示す。これは真空紫外線が気体（空気、Ｎ２ガス）の透過率（Ａｒ基準）の例を示す。Ａｉｒ（空気）の場合には、Ａｒガスに比して１８０ｎｍ位でほぼ吸収されてしまっていることが判明する。一方、Ｎ２ガスは、１２０ｎｍでもまだ十分に透過していることが判明する。
【００６０】
従って、真空紫外線は、空気中で吸収されてしまうので、図１の構造で、ランプ６からレンズ８（ＭｇＦ２で作成したレンズ８）までの間を密閉できる部屋６に構成し、内部を真空排気したまま保持、あるいは空気を排気してＮ２ガス（あるいはＡｒガス）を封入し、真空紫外線の吸収を低減する。
【００６１】
以上のように、試料室付近の真空圧力を１０−２Ｔｏｒｒより小さくして、真空紫外線４７の照射により試料３の電荷（帯電）を中和するようにしたので、比較的簡単な差動排気制御系にて、フォトマスク等の伝導性の低い試料を、高分解能観察、高精度測長することが可能となる。また、ＦＩＢにおいては、比較的高精度でマスクパターンの修正することが可能となる。
【００６２】
尚、図１から図３の構造は、ランプ６を真空外に配置する構造を採用したが、ランプ６を真空内に配置するようにしてもよい。このランプを真空内に配置した場合には、窓１４、部屋９などが不要となる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、荷電粒子線照射により帯電して像観察の支障となり易い半導体ウェハやフォトマスク等の試料の表面の観察、検査、加工を行う荷電粒子線装置および荷電粒子線像生成方法に関するものである。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の１実施例構造図（その１）である。
【図２】本発明の１実施例構造図（その２）である。
【図３】本発明の１実施例構造図（その３）である。
【図４】本発明の１実施例構造図（その４）である。
【図５】本発明の真空紫外線領域スペクトラム例である。
【図６】本発明の透過率例である。
【符号の説明】
【００６５】
１：電子線
２：対物レンズ
３：試料（フォトマスク）
４，４４：２次電子線
５，４５：２次電子検出器（ＭＣＰ）
６，４６：ランプ（紫外線光源）
７，４７：真空紫外線
８：レンズ
９：部屋
１０：排気口
１１：反射鏡
１２、６８：ガス導入菅
１３：ガス
１４、１５，１７：窓
１６：凹面鏡
１７１：グリース
１８，１９：絞り
４８，６８：ガス導入管
６９：試料室
７０：周囲空間
７１：ガス導出管
５２：ＦＥ電子銃
５３：電子銃室
５４，５７，６１：オリフィス（孔）
５５，５８：イオンポンプ
５６：第１中間室
５９：第２中間室
７２：対物レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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